用于控制输入到建筑物内的能量的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于控制输入到建筑物内的能量的系统和方法。根据一个方面，提供了用于控制多个控制体积中的每个控制体积的系统。该系统包括相应于多个控制体积的多个传感器，且每个传感器配置成检测相应于传感器的控制体积的温度值，并基于温度值产生相应于传感器的控制体积的反馈信号。系统还包括主控制器，其配置成：接收每个控制体积的设定点温度值，接收每个控制体积的反馈信号，执行线性二次调节器(LQR)控制，该线性二次调节器(LQR)控制配置成基于控制体积的设定点温度值和控制体积的反馈信号来确定每个控制体积的目标设定点温度值，以及传输每个控制体积的目标设定点温度值。

【技术实现步骤摘要】


通常涉及控制系统，且更具体地涉及用于使用分级控制网络来提高多个控制体积的能量效率的系统和方法。
技术介绍
常规比例-积分-微分控制器(PID控制器)是一种控制回路反馈机构，其通过监测表示在所测量的过程变量和期望设定点之间的差异的所计算的偏差来控制过程。这种类型的控制器试图通过调节过程控制输入来最小化偏差。虽然PID控制器比一般接通/断开控制器更普遍且它们提供了几个优点，例如在设计和执行方面简单，但是它们从能量使用方面来说也可能是大大地低效的。这个缺点在数据中心中加重，其中为最坏情况或峰值负载情形提供加热和冷却。
技术实现思路
根据各个方面和实施方式，提供了用于控制多个控制体积中的每个控制体积的系统。该系统包括相应于多个控制体积的多个传感器。多个传感器中的每个传感器配置成检测相应于传感器的控制体积的温度值，并基于温度值产生相应于传感器的控制体积的反馈信号。系统还包括主控制器，其配置成：接收每个控制体积的设定点温度值，接收每个控制体积的反馈信号，执行配置成基于控制体积的设定点温度值和控制体积的反馈信号来确定每个控制体积的目标设定点温度值的线性二次调节器(LQR)控制，以及将每个控制体积的目标设定点温度值传输到多个辅助控制器中的辅助控制器。根据另一实施方式，多个辅助控制器相应于多个控制体积，且多个辅助控制器中的每个辅助控制器可配置成：接收相应于辅助控制器的控制体>积的目标设定点温度值，接收相应于辅助控制器的控制体积的反馈信号，并基于相应于辅助控制器的控制体积的目标设定点温度值和相应于辅助控制器的控制体积的反馈信号来产生相应于辅助控制器的控制体积的控制信号。系统还包括配置成基于控制体积的控制信号来调节进入每个控制体积内的空气的流速的至少一个致动器。在系统中，每个辅助控制器可以是PID控制器。根据至少一个实施方式，每个PID控制器关于时间索引k的控制信号由下式定义：u(k)＝F(k)b(k+1)-K(k)x(k)其中：K(k)＝[R+BTP(k+1)B]-1BTP(k+1)A；以及F(k)＝-[R+BTP(k+1)B]-1BT。在系统中，执行LQR控制可包括最小化由下式定义的LQR函数：J=∫0∞(x(t)TQx(t)+u(t)TRu(t))dt]]>其中：u(t)表示相应于多个辅助控制器的控制信号；x(t)表示相应于温度的状态变量；Q表示相应于设定点温度的权矩阵；以及R表示相应于能量利用率的权矩阵。根据一些实施方式，主控制器还配置成产生多个控制体积的热模型。可根据与多个控制体积有关的物理数据以及根据基于能量的守恒的至少一个计算来确定热模型。至少一个计算可包括相应于传导、对流和辐射的至少一个热传递项。根据至少一个实施方式，主控制器还配置成基于热模型预测至少一个控制体积的能量利用率。在一些实施方式中，相应于温度的状态变量包括从热模型得到的至少一个温度。根据另一实施方式，执行LQR控制还包括确定从系统的线性模型得到的状态空间模型，状态空间模型由下式定义：dXdt=AX+BU+d(t)]]>其中：A表示相应于温度的状态矩阵；X表示相应于温度的矢量状态；B表示命令矩阵；以及U表示矢量输入。根据至少一个实施方式，执行LQR控制还包括确定从系统的非线性模型得到的由下式定义的状态空间模型：dXdt=AX+g(X,U)+d(t)]]>其中：A表示相应于温度的状态矩阵；X表示相应于温度的矢量状态；以及U表示矢量输入。根据各方面和实施方式，提供了控制关于系统中的多个控制体积中的每个控制体积的温度的方法。该方法包括下列动作：接收相应于多个控制体积中的每个控制体积的所测量的温度值，接收每个控制体积的设定点温度值，通过基于控制体积的设定点温度值和控制体积的所测量的温度值执行线性二次调节器(LQR)控制来确定每个控制体积的目标设定点温度值，传输目标设定点温度值，以及基于控制体积的目标设定点温度值和每个控制体积的所测量的温度值来产生每个控制体积的控制信号。根据一些实施方式，该方法还包括基于控制体积的控制信号来调节进入每个控制体积内的空气的流速。根据另一实施方式，通过实现PID控制来实施产生每个控制体积的控制信号。根据至少一个实施方式，用于实现PID控制的关于时间索引k的控制信号由下式定义：u(k)＝F(k)b(k+1)-K(k)x(k)其中：K(k)＝[R+BTP(k+1)B]-1BTP(k+1)A；以及F(k)＝-[R+BTP(k+1)B]-1BT。根据某个实施方式，该方法还包括基于与多个控制体积有关的物理数据和根据基于能量的守恒的至少一个计算产生多个控制体积的热模型，其中至少一个计算可包括相应于传导、对流和辐射的至少一个热传递项。根据一些实施方式，方法还包括基于热模型预测至少一个控制体积的能量利用率。在至少一个实施方式中，相应于温度的状态变量包括从热模型得到的至少一个温度。根据一些实施方式，该方法还包括周期性地接收每个控制体积的所测量的温度值，并基于周期性地接收的所测量的温度值来更新目标设定点温度值。根据至少一个实施方式，该方法还包括确定从系统的线性模型得到的状态空间模型，状态空间模型由下式定义：dXdt=AX+BU+d(t)]]>其中：A表示相应于温度的状态矩阵；X表示相应于温度的矢量状态；B表示命令矩阵；以及U表示矢量输入。根据另一实施方式，该方法还包括确定从系统的非线性模型得到的由下式定义的状态空间模型：dXdt=AX+g(X,U)+d(t)]]>其中：A表示相应于温度的状态矩阵；X表示相应于温度的矢量状态；以及U表示矢量输入。根据各方面和实施方式，提供了一种存储有至少一个处理器可执行的指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令被至少一个处理器执行用于执行包括多个控制体积的系统内的温度控制方法。指令可被编码以指示至少一个处理器：接收多个控制体积中的每个控制体积的所测量的温度值，接收每个控制体积的设定点温度值，通过基于控制体积的设定点温度值和控制体积的所测量的温度值执行线性二次调节器(LQR)控制来确定每个控制体积的目标设定点温度值，传输每个控制体积的目标设定点温度值，以及基于控制体积的目标设定点温度值和每个控制体积的所测量的温度值来产生每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制多个控制体积中的每个控制体积的系统，所述系统包括：多个传感器，其相应于所述多个控制体积，所述多个传感器中的每个传感器配置成：检测相应于所述传感器的所述控制体积的温度值；以及基于所述温度值产生相应于所述传感器的所述控制体积的反馈信号；以及主控制器，其配置成：接收每个控制体积的设定点温度值；接收每个控制体积的所述反馈信号；执行线性二次调节器LQR控制，所述线性二次调节器LQR控制配置成基于所述控制体积的所述设定点温度值和所述控制体积的所述反馈信号来确定每个控制体积的目标设定点温度值；以及将每个控制体积的所述目标设定点温度值传输到多个辅助控制器中的一辅助控制器。

【技术特征摘要】
2014.08.27 US 14/470,3111.一种用于控制多个控制体积中的每个控制体积的系统，所述系统
包括：
多个传感器，其相应于所述多个控制体积，所述多个传感器中的每个
传感器配置成：
检测相应于所述传感器的所述控制体积的温度值；以及
基于所述温度值产生相应于所述传感器的所述控制体积的反
馈信号；以及
主控制器，其配置成：
接收每个控制体积的设定点温度值；
接收每个控制体积的所述反馈信号；
执行线性二次调节器LQR控制，所述线性二次调节器LQR控
制配置成基于所述控制体积的所述设定点温度值和所述控制体积
的所述反馈信号来确定每个控制体积的目标设定点温度值；以及
将每个控制体积的所述目标设定点温度值传输到多个辅助控
制器中的一辅助控制器。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个辅助控制器相应于所述
多个控制体积，且所述多个辅助控制器中的每个辅助控制器配置成：
接收相应于所述辅助控制器的所述控制体积的所述目标设定点
温度值；
接收相应于所述辅助控制器的所述控制体积的所述反馈信号；以
及
基于相应于所述辅助控制器的所述控制体积的所述目标设定点
温度值和相应于所述辅助控制器的所述控制体积的所述反馈信号，来
产生相应于所述辅助控制器的所述控制体积的控制信号；以及
所述系统还包括至少一个致动器，所述至少一个致动器配置成基于所

\t述控制体积的所述控制信号来调节进入每个控制体积内的空气的流速。
3.如权利要求2所述的系统，其中每个辅助控制器是PID控制器。
4.如权利要求3所述的系统，其中每个PID控制器关于时间索引k
的所述控制信号由下式定义：
u(k)＝F(k)b(k+1)-K(k)x(K)
其中：
K(k)＝[R+BTP(k+1)B]-1BTP(k+1)A；以及
F(k)＝-[R+BTP(k+1)B]-1BT。
5.如权利要求1所述的系统，其中执行所述LQR控制包括最小化由
下式定义的LQR函数：
J=∫0∞(x(t)TQx(t)+u(t)TRu(t))dt]]>其中：
u(t)表示相应于所述多个辅助控制器的所述控制信号；
x(t)表示相应于温度的状态变量；
Q表示相应于所述设定点温度的权矩阵；以及
R表示相应于能量利用率的权矩阵。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述主控制器还配置成产生所述
多个控制体积的热模型，所述热模型根据与所述多个控制体积有关的物理
数据并根据基于能量的守恒的至少一个计算来确定，其中所述至少一个计
算包括相应于传导、对流和辐射的至少一个热传递项。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述主控制器还配置成基于所述
热模型预测至少一个控制体积的能量利用率。
8.如权利要求5所述的系统，其中执行所述LQR控制还包括确定从
所述系统的线性模型得到的状态空间模型，所述状态空间模型由下式定义：
dXdt=AX+BU+d(t)]]>其中：
A表示相应于温度的状态矩阵；
X表示相应于温度的矢量状态；
B表示命令矩阵；以及
U表示矢量输入。
9.如权利要求5所述的系统，其中执行所述LQR控制还包括，确定
从所述系统的非线性模型得到的由下式定义的状态空间模型：
dXdt=AX+g(X,U)+d(t)]]>其中：
A表示相应于温度的状态矩阵；
X表示相应于温度的矢量状态；以及
U表示矢量输入。
10.一种控制一系...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜拉希姆·伯哈尔，
申请(专利权)人：施耐德电气建筑有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US